廢胎熱解利用引領(lǐng)再生資源綠色未來(lái)

文/ 朱則剛

在汽車工業(yè)高速發(fā)展的今天，廢棄輪胎成為當(dāng)前最大的固體廢棄物來(lái)源之一，造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，其資源化處理已引起世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。研發(fā)結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆羌託涿摿蛱幚?，廢輪胎的熱解產(chǎn)物——熱解油能夠達(dá)到城市燃油規(guī)范的要求、作為城市燃油加以利用；對(duì)另一熱解產(chǎn)物——熱解炭黑進(jìn)行活化處理后，可以生產(chǎn)高吸附性能的活性炭及商業(yè)炭黑，具有廣闊的發(fā)展前景和潛在的銷售市場(chǎng)。尤其是探索合適的廢輪胎熱解工藝、提高廢輪胎熱解油的品質(zhì),是將廢輪胎熱解油直接作為燃料油使用研究的主要課題之一，因此廣泛受到業(yè)內(nèi)人士的重視。

一、廢輪胎熱解資源循環(huán)利用效益凸顯

熱解法是利用有機(jī)物的熱不穩(wěn)定性，在無(wú)氧和缺氧的條件下，進(jìn)行加熱、蒸餾、經(jīng)冷凝后形成各種新的氣體、液體、固體的過(guò)程。廢舊輪胎經(jīng)過(guò)熱裂解可提取具有高熱值的燃料氣體，富含芳烴的油及炭黑等有價(jià)值的化學(xué)產(chǎn)品。熱解是一種比焚燒過(guò)程對(duì)環(huán)境更加安全的廢輪胎處理方法；在熱解過(guò)程中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可利用的能量形式，其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益非常好。天然橡膠制品的熱解產(chǎn)物：氣體（22%）：甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、水、CO2、H2、丁二烯等；液體（27%）：苯、甲苯及其他芳烴；炭灰（39%）；鋼絲（12%）。熱解原理：固體廢物熱解過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。它包括大分子的鍵斷裂，異構(gòu)化和小分子的聚合等反應(yīng)，最后生成各種較小的分子。

一般輪胎胎面膠中所含各組分的質(zhì)量份數(shù)大致是橡膠55%～60%、炭黑30%～33%、有機(jī)助劑6%～9%、無(wú)機(jī)助劑3%～6%。目前，國(guó)內(nèi)汽車輪胎常用的胎面膠有天然橡膠(NR)、丁苯橡膠(SBR) 和順丁橡膠(BR) 等。廢輪胎熱解是在缺氧或惰性氣體中進(jìn)行的不完全熱降解過(guò)程，可形成氣體、液體和固體產(chǎn)物。氣體產(chǎn)物可直接作為燃料氣使用；液體產(chǎn)物即熱解油，主要成分為烷烴、烯烴、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯及稠環(huán)芳烴等，可進(jìn)一步精制成化學(xué)品或燃料油。固體產(chǎn)物主要由輪胎制作過(guò)程中添加的炭黑組成，還包括輪胎中橡膠熱解所形成的少量焦炭，既可作為制作炭黑或活性炭的原料，也可作為無(wú)煙燃料使用。

熱解氣流經(jīng)除塵器與固體分離，再經(jīng)靜電沉積器除去炭灰，在深度冷卻器中將熱解所得油品冷凝下來(lái)，未冷凝的氣體作為燃料氣體為熱解提供熱能或作流化氣體使用。

由于上述工藝需求將進(jìn)料切成小塊，預(yù)加工費(fèi)用較大。為解決此問(wèn)題，有關(guān)部門已研究出一種不必將輪胎破碎即可加工熱解的技術(shù)裝置。這種設(shè)備采用一種由砂或碳黑組成的流化床，流化床內(nèi)由分置為兩層的七根輻射火管間接加熱。生成的氣體一部分用于流化床，另一部分燃燒為分解反應(yīng)提供熱量。輪胎通過(guò)氣鎖進(jìn)入反應(yīng)器到達(dá)流化床后，慢慢地沉入砂內(nèi)，熱的砂粒覆蓋在它的表面，使輪胎熱透而軟化，流化床內(nèi)的砂粒與軟化的輪胎不斷交換能量，發(fā)生摩擦，使輪胎漸漸分解。兩、三分鐘后，輪胎全部被分解完，在砂床內(nèi)殘留的是一堆彎曲的鋼絲，鋼絲由伸入流化床內(nèi)的移動(dòng)式格柵移走。

采用無(wú)氧（或貧氧）熱裂解技術(shù)，熱解爐采用先進(jìn)、出料密封系統(tǒng)，改善了爐體的密封性能，使廢輪胎膠粒處于無(wú)氧（或貧氧）狀態(tài)下裂解。這不僅減少了能源的損失，而且使熱解爐的安全生產(chǎn)有了保障。采用高效率的可燃性氣體回收技術(shù)，在生產(chǎn)過(guò)程中橡膠經(jīng)熱裂解后，大部分變成液體油品，少量的可燃性氣體循環(huán)作為熱解爐的燃料使用。從而保證熱解爐的熱能供應(yīng)，既減少了廢氣排放，也提高了經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

熱解產(chǎn)物連同流化氣體經(jīng)過(guò)旋風(fēng)分離器及靜電除塵器，將橡膠、填料、炭黑和氧化鋅分離出去。氣體通過(guò)油洗滌器冷卻，分離出含芳香族高的油品。整個(gè)過(guò)程所需能量不僅可以自給，而且有剩余熱量可供他用。通過(guò)氣流分選器可得到符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的炭黑，再應(yīng)用于橡膠工業(yè)。其殘余部分可以收集氧化鋅。所以，采用整輪胎流化床熱解工藝，在經(jīng)濟(jì)上是合算的。

二、廢輪胎資源循環(huán)利用的熱解技術(shù)

廢輪胎熱解處理方法可以回收燃料油、炭黑等產(chǎn)品，有利于環(huán)保及資源的回收、利用，被認(rèn)為是當(dāng)今處理廢舊輪胎的最佳途徑之一。廢輪胎熱解主要產(chǎn)物為炭黑、柴油、重油、鋼絲，幾乎沒(méi)有沒(méi)有廢料，可以說(shuō)對(duì)廢輪胎進(jìn)行了“吃干榨盡”。其中炭黑，可返回橡膠繼續(xù)使用，也可經(jīng)過(guò)深加工制成色母，用在塑膠上以達(dá)到在塑膠或是塑料制品中著色的效果；作為潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑刀具，還可作為清洗劑用于清洗機(jī)械零件；重油可作為橡膠軟化劑，返回也可作為燃料用于發(fā)電、取暖等。熱解炭黑是廢輪胎熱裂解的關(guān)鍵產(chǎn)物，其產(chǎn)率約為廢輪胎重量的35%，存在較多的雜質(zhì)且結(jié)構(gòu)較低，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行去除油分和脫除灰分的純化改性處理，能夠得到高純度的商業(yè)炭黑。

廢輪胎的熱解是一種理想的資源再循環(huán)形式，污染物排放很少，還可回收一些燃油、有機(jī)化學(xué)品和熱解炭黑等，有用資源回收率高達(dá)90%。廢輪胎熱解炭黑在進(jìn)行活化處理后，還可以制備活性炭，通過(guò)對(duì)廢輪胎熱解炭黑進(jìn)行包括惰性氣氛下的熱處理、水蒸氣活化處理、微波活化處理以及化學(xué)活化處理等在內(nèi)的系列處理后，所得到的廢輪胎活性炭能夠作為治理染料廢水的優(yōu)良吸附劑，還可作為催化劑載體應(yīng)用于有機(jī)液體氫載體的脫氫反應(yīng)及光催化降解污水反應(yīng)，生產(chǎn)高吸附性能的活性炭及商業(yè)炭黑，這不僅能夠拓展熱解炭黑的應(yīng)用領(lǐng)域，而且能夠?qū)崿F(xiàn)以廢治廢，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，具有較好的發(fā)展前景和廣闊的銷售市場(chǎng)。柴油是一種輕質(zhì)石油產(chǎn)品，可作為動(dòng)力機(jī)械的內(nèi)燃機(jī)燃料，也可用作鍋爐燃料來(lái)發(fā)電、取暖，作為潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑刀具，還可作為清洗劑用于清洗機(jī)械零件；重油可作為橡膠軟化劑，返回也可作為燃料用于發(fā)電、取暖等。

廢輪胎熱解的另一主要產(chǎn)物、約占廢輪胎質(zhì)量45%的熱解油，含有十幾種硫化合物，過(guò)高的硫含量不僅對(duì)設(shè)備具有強(qiáng)烈的腐蝕性，而且對(duì)人體有嚴(yán)重危害。針對(duì)熱解油的這一缺點(diǎn)，可采用適當(dāng)?shù)姆羌託涿摿蚣夹g(shù)對(duì)其進(jìn)行脫硫處理，經(jīng)處理后能使熱解油中的硫含量可降至0.2% 左右，達(dá)到了城市燃油規(guī)范的要求，作為城市燃油加以利用。廢輪胎熱解油具有熱值高、灰分低、粘度低和殘?zhí)恐档偷葍?yōu)點(diǎn),但也存在整體性能較柴油差的缺陷。與柴油混合作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料使用的結(jié)果表明,廢輪胎熱解油可以作為重柴油使用。

廢輪胎的熱裂解方法有三種：一是常壓惰性氣體法。熱解在惰性氣體或缺氧環(huán)境中于高溫條件下進(jìn)行裂解產(chǎn)物因裂解溫度的不同而不同；二是真空熱解法。熱解在減壓條件下進(jìn)行有機(jī)揮發(fā)物在反應(yīng)器中停留的時(shí)間短副反應(yīng)少故收率高于常壓熱解法，此外芳烴化合物的收率高經(jīng)濟(jì)收益好；三是熔融熱解法。熔融鹽由氯化鋰和氯化鋇組成是優(yōu)良的傳熱介質(zhì)反應(yīng)速度快。影響熱解的因素包括溫度、壓力和時(shí)間，其中溫度最為關(guān)鍵可以通過(guò)它來(lái)調(diào)節(jié)熱解產(chǎn)物的品質(zhì)及產(chǎn)率。廢橡膠熱解雖然效果明顯但發(fā)展仍較緩慢。原因是熱解溫度高、時(shí)間長(zhǎng)3h 以上。對(duì)熱解進(jìn)行催化，可提高熱解效率并可降低液態(tài)產(chǎn)物中的硫含量。

熱解技術(shù)雖然有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但由于其設(shè)備投資巨大同時(shí)處理溫度高加熱時(shí)間長(zhǎng)，從而導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用較高。同時(shí)在制造過(guò)程中含有的大量添加劑如抗氧劑硫化劑等在熱解過(guò)程中會(huì)生成環(huán)境污染物，使其實(shí)際推廣應(yīng)用仍受到限制。為降低處理成本同時(shí)提高熱解產(chǎn)物的品質(zhì)，減少污染物排放，應(yīng)在以幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)上尋求突破：尋找廉價(jià)高效熱解催化劑；對(duì)廢舊輪胎熱解機(jī)理做進(jìn)一步研究，建立適應(yīng)工業(yè)應(yīng)用的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型；在深入了解熱解規(guī)律的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的品質(zhì)，降低產(chǎn)品的后處理費(fèi)用；研制出性能優(yōu)良、處理效率高的熱裂解設(shè)備。

三、廢輪胎熱解資源循環(huán)利用的發(fā)展前景與趨勢(shì)

廢舊輪胎熱解可以產(chǎn)生液態(tài)、氣態(tài)碳?xì)浠衔锖痛痔亢诘雀吒郊又诞a(chǎn)物。液態(tài)產(chǎn)物可以被轉(zhuǎn)化成高價(jià)值的燃料油和重要化工產(chǎn)品如烯烴和苯等氣態(tài)碳?xì)浠衔铮豢梢灾苯幼鳛槿剂咸繗堅(jiān)?；可以作為炭黑或活性炭的基礎(chǔ)原料?？梢?jiàn),廢輪胎熱解處理能夠?qū)崿F(xiàn)資源的最大回收和再利用,具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益,因此它代表了當(dāng)今廢舊輪胎處理的發(fā)展方向。

熱解油不僅具有與柴油相當(dāng)?shù)臒嶂?而且含有許多經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的化學(xué)物質(zhì),但是這種熱解油有一種令人難以接受的惡臭,從而影響人們的使用,為了適應(yīng)市場(chǎng)需要，必要對(duì)其進(jìn)行除臭處理。另外，由于這種油的閉口閃點(diǎn)只有19.2℃,容易產(chǎn)生危險(xiǎn),如果作為燃料油，那么必須除去輕組分以提高其閃點(diǎn)以保證安全。如果能把輕組分中部分經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的有機(jī)原料分離出來(lái),則既可以提高熱解油的閃點(diǎn),使其成為一種更為優(yōu)質(zhì)的燃料油；又可使資源得到有效利用,提高了廢舊輪胎的利用價(jià)值。

熱解技術(shù)是一種新興的廢舊輪胎資源化處理技術(shù),在廢舊輪胎處理的應(yīng)用中越來(lái)越受到關(guān)注。廢舊輪胎的循環(huán)利用，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益，是我國(guó)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。我國(guó)廢舊輪胎資源循環(huán)利用的潛力巨大，市場(chǎng)前景美好，需要通過(guò)政府和社會(huì)從多方面的支持，以促進(jìn)廢舊輪胎資源循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，這對(duì)于其可持續(xù)發(fā)展的實(shí)現(xiàn)具有十分重要的意義。廢舊輪胎回收利用是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、走可持續(xù)發(fā)展道路的一個(gè)“朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)”,前景十分廣闊。